Компенсационные ионные ловушки с динамической гармонизацией для масс-спектрометра ионного циклотронного резонанса

• Автор: Костюкевич, Юрий Иродионович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава Т
Принципы работы ИЦР
1.1 Литературный обзор
1.2 Устройство масс-анализатора ИЦР
1.3 Движение иона в гиперболическом электростатическом поле
1.4 Ионные ловушки для масс-анализатора ИЦР
1.5 Возбуждение циклотронного движения
1.6 Детектирование сигнала цилиндрическим конденсатором. Гармоники
1.7 Столкновения с остаточным газом
1.8 Преобразование Фурье
Глава И.
Электростатические ионные ловушки для масс-спектрометрии ИЦР
2.1 Кубическая ловушка
2.2 Цилиндрическая ловушка
2.3 Расфазировки ионных облаков в неоднородном магнитном
и негармоническом электрическом поле
2.4 Ионные ловушки с динамической гармонизацией
2.5 Вычисление электростатического поля
2.6 Интегрирование уравнений движения
2.7 Интерполяция поля
Глава III
Компенсационная ионная ловушка с динамической гармонизацией
3.1 Теория компенсации
3.2 Схема компенсационной ионной ловушки с динамической гармонизацией
3.3 Моделирование компенсации
3.4 Изучение компенсации
3.5 Идеальная компенсационная ловушка с динамической гармонизацией
3.6 Влияние точности электростатического поля на результаты моделирования
3.7 Форма поля в ловушках с динамической гармонизацией
3.8 Экспериментальное получение сверхвысокого разрешения..
Основные результаты и выводы
Литература

Введение
Актуальность работы. Для анализа сложных химических смесей, таких как физиологические жидкости человека, нефть, гуминовые вещества, в последнее время широко используется масс-спектрометрия [1]. Масс-спектрометрия - это физический метод исследования неизвестного вещества, основанный на измерении отношения массы к заряду ионизированных молекул данного соединения. Исследование сложных смесей с помощью масс-спектрометрии предъявляет высокие требования к аналитическим характеристикам используемых масс-спектрометров: разрешению,
динамическому диапазону и точности измерения масс.
Наиболее высокие разрешающая способность и точность измерения массы достигаются в масс-анализаторах ионного циклотронного резонанса с преобразованием Фурье (ИЦР ПФ) [2]. Измерительной ячейкой масс-
спектрометра ИЦР ПФ является ионная ловушка Пеннинга, в которой в
направлении, перпендикулярному к линиям магнитного поля, ионы удерживаются силой Лоренца, а в направлении вдоль магнитного поля ионы удерживаются электрическим полем. Для измерения отношения массы к заряду на электроды измерительной ячейки подается переменное
напряжение, которое, входя в резонанс с циклотронными частотами ионов, возбуждает их циклотронное движение. Ионные ансамбли совершают синхронное циклотронное движение с большим циклотронным радиусом и наводят переменный ток между детектирующими электродами измерительной ячейки, преобразование Фурье которого дает спектр
циклотронных частот. Имея циклотронные частоты, можно определить отношения масс к зарядам по известной формуле м=рВ/т. При фиксированной индукции магнитного поля В для увеличения разрешающей способности и точности измерения массы требуется увеличение времени детектирования сигнала. Для этого необходимо, чтобы ионное облако совершало синхронное движение как можно дольше. Потеря синхронности циклотронного движения, так называемая расфазировка ионного облака,

Разность зарядов на противолежащих электродах £){р = о)- (р{р = я) равна:
Если ион совершает круговое движение: ф = сор, г = сот!, то детектируемый сигнал равен:
то амплитуда третьей гармоники становится равной нулю [93-95]. Такой прием значительно упрощает масс-спектр.
В ячейках с ненулевой третьей гармоникой возможно производить измерение циклотронного радиуса, используя отношение первой и третьей гармоник [96-98]. Если ион совершает также и магнетронное движение, то:
Подстановка (1.5.13) в (1.5.9) дает сложный спектр, в котором присутствуют четные и нечетные гармоники. Используя уравнение (1.5.6), можно также рассмотреть и другие конфигурации детектирующих электродов. Например, для квадрупольного детектирования имеем:
(1.5.8)
Разлагая выражение (1.5.8), получим:
(1.5.9)
(1.5.10)
Видно, что сигнал содержит дополнительные нечетные гармоники:
юс,Зсос,5сос,7сос
Можно заметить, что если
(1.5.11)

(1.5.12)

ф = агсДап
А+ віп сор + А_ віп сор Д+ сое сор + А_ сое сор ’ Д+ біп «+ + А_ эш со_
(1.5.13)

Окф = 0)+ Окф = я)- Окр= я/2)-= Зтг/2),
(1.5.14)